1、爬 架 计 算 书二 一 三 年 四 月前 言本计算书将反映爬架系统关键部件的受力状况、强度及稳定性等计算内容。主要计算根据是建设部建筑施工附着式升降脚手架管理暂行规定和JGJ2022010 建筑施工工具式脚手架安全技术规范 。计算单元的选取原则是符合JGJ2022010 建筑施工工具式脚手架安全技术规范规定。桁架导轨式爬架设计支承跨度7.0m,选择计算单元的跨度为 6.9m。桁架导轨式爬架设计架体全高与支承跨度乘积一般小于 110m2。设计架体高度 14.4m，架体高度与支承跨度乘积：14.4m6.9m=99.36 110。架体内外排立杆中心距为 0.75 米，步高为 1.8 米。综上所述,
2、 本设计计算书选取一支承跨度 6.9m 的一榀脚手架作为计算单元。爬 架 计 算 书一、相关术语1、 竖向主框架：由横梁、斜杆、立杆构成的空间桁架结构体系，用于构造爬架架体，垂直于建筑物外立面，并与附着支承结构相连，主要承受和传递竖向和水平荷载的竖向框架。2、 水平支承桁架：用于构造爬架架体，主要承受架体竖向荷载，并将竖向载荷传递至竖向主框架和附着支承结构的水平结构。3、 附着支承结构：直接与工程结构相连，承受并传递脚手架荷载的支承结构。4、 支承跨度：两相邻竖向主框架中心轴线之间的距离。5、 脚手架高度：架体最底层杆件轴线至架体最上层横杆（护栏）轴线间的距离。6、 防坠装置：架体在升降和使用
3、过程中发生意外坠落的制动装置。7、 防倾覆装置：防止架体在升降和使用过程中发生倾覆的装置。二、荷载规定和计算系数1.荷载规定恒载：包括搭设架体的钢管和扣件、竖向主框架、水平支承桁架、作业层脚手板、安全网、提升机构以及固定于架体上的设备等传给附着支承点的全部材料、构配件、器具的自重。活荷载（施工荷载）：架体在工作状态下，结构施工时，按两层荷载（每层3kN/ 2）计算；装修施工时，按三层荷载（每层 2kN/ 2）计算；架体在升降状态下，施工活荷载按每层 0.5kN/ 2计算。风荷载：风压标准值按照规范计算确定。挡风面积按挡风材料、杆件的实际挡风面积计算。2.计算系数（1） 结构重要性系数 o 取
4、0.9（2） 恒载分项系数 G 取 1.2；活荷载分项系数 Q 取 1.4（3） 附加荷载不均匀系数 1取 1.3, 2取 2.0（8） 竖向主框架和水平支承桁架压杆 150 拉杆 300（5） 单一系数法复核时，其安全系数 K 值对于强度设计时： K1.5对于稳定性设计时： K2.0（6）钢丝绳安全系数 升降系统用 S=6.0斜拉卸荷用 S=6.0三、计算方法本计算书中架体结构和附着支承结构按照“概率极限状态法”进行计算。承载力设计表达式为： 0SR式中： 0结构重要性系数，取 0.9S荷载效应R结构抗力按照“概率极限状态法”进行设计时，按承载力极限状态设计的计算荷载取荷载的设计值；按使用极
5、限状态设计的计算荷载取荷载的标准值。升降动力设备、吊具、索具按“容许应力设计法”进行设计计算，取强度容许值，计算表达式为：式中：设计应力容许应力计算荷载的传递过程架体荷载水平支承桁架竖向主框架附着支承结构建筑结构有些安全措施是由水平支承桁架直接传递给建筑物或者通过竖向主框架直接传递给建筑结构。四、爬架结构分类及特点爬架结构包括几大部分组成：1.架体：采用扣件式脚手架杆件组装的架体。2.竖向主框架和水平支承桁架：采用型钢定型焊接加工螺栓连接的桁 架或框架。3.爬升机构：包括：附着支承结构（预埋件、穿墙螺栓、垫板、销轴等）、底座（包含防坠装置）、防倾及导向装置（附墙导向座）、承重装置（卸荷座、花篮
6、螺栓以及连墙装置）、提升装置（提升座）。4.自身提升设备：电动葫芦、电控柜、电缆线。五、荷载标准值计算(一)、恒荷载恒载即脚手架结构及其上附属物自重，包括立杆、大横杆、小横杆、剪刀撑、护栏、扣件、安全网、脚手板(挡脚板)、电闸箱、控制箱、竖向主框架、水平支承桁架、安装在脚手架上的爬升装置自重等。、脚手板自重计算脚手板采用 50mm 厚的木板，架体内排立杆离墙 450mm，脚手板铺设时离墙 200mm，则脚手板宽度为:750 + 450 - 200 = 1000mm。脚手板的自重标准值为 0.35kN/ 2。单层脚手板自重：6.91.00.35kN/ 2= 2.42 kN三层脚手板自重：2.42
7、kN3 层 = 7.26 kN五层脚手板自重：2.42kN5 层 = 12.1 kN、挡脚板自重计算在脚手板铺设层架体的外排搭设 180mm 高、50mm 厚的木板作为挡脚板，挡脚板线荷载取 0.14kN/m，则有：单层自重：6.90.14kN/= 0.97 kN三层自重：0.97 kN3 层 = 2.91 kN五层自重：0.97 kN5 层 = 4.85 kN、竖向主框架自重计算一套竖向主框架包括 1 个底座(单重 84.57kg)，1 个提升座(单重 43.6kg)，7 个横梁(单重 14.6kg)，14 根斜杆(单重 4.95kg)，1 根导轨(单重 159.1kg)，4 根立杆(每根长
8、度 14.4m)，即为：(84.5743.614.674.9514159.1)1010 -3414.40.03846.8 kN、安全网自重计算外排架外侧面、脚手板下面均铺设密目式安全网，重量系数为0.005kN/ 2。(14.46.91.06.93 层)0.005 kN/ 20.6 kN、水平支承桁架自重计算水平支承桁架如下图所示：中 间 框 架 主 框 架斜 杆 X150 横 杆 H180斜 杆 X180水平支承桁架自重计算如下表：序号 名称 数量(根) 单重(kN) 总重(kN)1 横杆 H180 12 0.112 1.3442 横杆 H150 4 0.093 0.3723 斜杆 X180
9、 6 0.154 0.9244 斜杆 X150 2 0.141 0.2825 中间框架 3 套 0.331 0.9936 螺栓 M2040 80 条 0.0015 0.127 螺母 M20 80 个 0.00068 0.0544合计总重（kN） 4.09、安装于架体上的爬升机构和卸荷机构的自重计算包括电动葫芦，卸荷座 3 个，电闸箱和电控箱，即：0.8510.5631010 -30.51.67 kN、脚手架架体自重计算导轨式爬架架体部分采用钢管扣件脚手架，本计算书引用钢管扣件式脚手架来统计架体自重荷载。架体钢管规格采用 483.5，重量系数为0.0384 kN/m，直角扣件 0.0132kN/
10、个，旋转扣件 0.0146kN/个，对接扣件0.0184kN/个。大横杆726.90.03843.7 kN护身杆86.90.03842.1 kN立杆23(14.4-1.8)0.03842.9 kN小横杆（包括脚手板铺设层小横杆加密）(7333)1.00.03841.15 kN剪刀撑12 根6m/根0.03842.76 kN扣件每根立杆对接扣件 2 个，每根大横杆、护身杆直角扣件 5 个、对接扣件 1个，每根小横杆直角扣件 2 个；剪刀撑每根旋转扣件 7 个。直角扣件：（225212）0.01322.0kN旋转扣件： 270.01460.2kN对接扣件：（62221）0.01840.63kN所以
11、脚手架结构自重为：3.72.12.91.152.762.8315.4 kN以上各项合计为恒荷载(结构施工时实际只铺设 3 层脚手板):GK7.262.916.80.64.091.6715.438.7kN(二)、活荷载 施工荷载1.使用工况下，结构施工时，按 2 层作业层 3kN 2计算，装修施工时，按 3层作业层 2kN 2计算。QK6.9m0.75m6kN/ 2= 31.1 kN2.升降工况下，施工活荷载:按照作业层 0.5kN 2计算结构施工时：Q K6.9m0.75m2 层0.5kN/ 2= 5.2 kN装修施工时：Q K6.9m0.75m3 层0.5kN/ 2= 7.8 kN 风荷载计
12、算按下式计算:Wk =z sz Wo式中: z风压高度变化系数。按照田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市郊区的 B 类地面粗糙度采用（高度按 200 米考虑），查建筑结构设计规范可得 z=2.61。wo基本风压。应按现行国家标准建筑结构荷载规范附录中 n10年的规定采用。取 wo=0.4kN/ 2。s风荷载体型系数：按照编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定中，背靠建筑物的情况为“敞开框架和开洞墙”，故取 s=1.3，其中 为挡风系数。按照规范取 =0.8，s=1.3 =1.04。z 风振系数，取 1.0。风荷载标准值:WkzszWo1.01.042.610.4 1.0
13、9 kN/m 2六、竖向主框架计算竖向主框架在使用工况下，同时承受竖向荷载（恒载+施工活荷载）和风荷载，且均比升降工况下相应荷载要大的多，故仅对主框架的使用工况进行计算，取一片主框架为计算对象。(一)、主框架在竖向荷载作用下的计算：在使用工况下，每片主框架承受竖向荷载设计值为：2)(01kQkGP设式中： 0结构重要性系数， 0=0.9 G 、 Q恒载、活载分项系数， G=1.2, Q=1.4 1附加荷载不均匀系数，在使用工况下取 1=1.3GK、Q K恒载标准值、施工荷载标准值所以有P 设 =1.30.9(1.238.71.431.1)/252.6 kN 主框架所承受竖向荷载设计值由内外侧立
14、柱各承担 1/2，即每根立杆承受的竖向荷载值为：P 设 /2=26.3 kN。(二)、主框架在风荷载作用下的计算：主框架内侧节点均通过横梁用螺栓连接在导轨上，两片主框架共同承担一跨脚手架间的风荷载，即每片主框架承担竖向线风荷载（标准值）为：q 风=1.09kN/m26.9m/23.76 kN/m 。将线风荷载（标准值）简化为作用在主框架外侧节点上的水平集中荷载。即：3.76 kN/m1.8m6.77 kN 由上可得主框架在竖向荷载和风荷载作用下的受力简图为：ARCBDSTUVWXZEGIKMOFJLNHY竖 向 主 框 架 受 力 简 图3.9kN6.7kN3.9kN26.3kN26.3kN6
15、.7kN6.7kN6.7kN6.7kN6.7kN6.7kN通过 SAP2000 结构分析软件计算可得各杆件的轴力，如下图所示：ARCBDSTUVWXZEGIKMOFJLNHY-26.3-304-8.615-39.84-2.8-23-30.6275-24.1-23.7-20-8.1-423.7-27.86杆 件 轴 力 图 (单 位 :kN)-26.498由上图可见，在竖向荷载和风荷载共同作用下，主框架立杆 MN、AB 所受压力为最大，即 NMNN AB44kN，为最不利受力杆件，其他杆件所受压力值都比它小，选取立杆 MN 为验算对象。立杆 MN 为受压杆件，必需验算其压杆稳定性，为了使计算偏于
16、保守，主框架立杆采用 483.0 钢管进行验算。立杆稳定性验算：立杆 MN 所受的压力为：N MN44kN483.0 钢管截面特性如下：A=423.9mm 2 ix=15.95mm 。 杆 MN 的长细比： 695.10milx查表的稳定系数 =0.844，所以有：205N/m=f /123423.90.8 N22ANM所以竖向主框架各杆件的受力性能均满足要求！七、水平支承桁架计算爬架的水平支承桁架分内外两片，其两端分别与竖向主框架相连，且将竖向主框架作为支座。水平支承桁架分升降、坠落、使用三种工况。显然，在使用工况下其承受竖向荷载最大，因此以下仅就它的使用工况进行计算。水平支承桁架计算跨度为
17、 6.9m。计算简图如下：ABCDEFGHIJPP进行受力分析可知，水平支承桁架上部结点承受桁架本身荷载以外的全部恒载（自重）和活载（施工荷载），并由内外两片桁架共同承受，共 10 个节点分担。（一）、荷载计算：恒载：G K7.262.916.80.61.6715.434.64 kN施工活荷载载：Q K31.1 kN荷载组合： kNQGkk 6.9)1.346.21(9.03)(01 式中： 0结构重要性系数， 0=0.9 G 、 Q恒载、活载分项系数， G=1.2, Q=1.4 1附加荷载不均匀系数，在使用工况下取 1=1.3GK、Q K恒载标准值、施工荷载标准值所以 P99.6/109.9
18、6 kN利用 P 值可算得底部桁架各杆件的轴力图为：ABCDEFHIJ13.0-962-8679-9.620-18.6单 位 ： kN43（二）、稳定性验算由以上轴力图，对受力最大的上弦杆、斜杆、立杆进行验算。1、上弦杆由图可知，上弦杆 IH 和 HG 所受的压力值为最大，即 NINN HG18.6 kN取其中一根杆为验算对象。上弦杆采用的是 6.3#角钢，长 1800mm 其0l截面特性如下：A=845.1mm2 ix=24.5mm长细比计算： ，查表得稳定系数 0.818745.2180milx 250il杆身稳定计算：205N/m=f /9.26m1.4580. N6 223ANIH满足
19、要求！2、斜杆由图可知，斜杆 GE 所受的压力值为最大，即 NGE-20.2 kN，取斜杆GE 作为验算对象。斜杆采用的是 6.3#角钢，长 2550mm，其截面特性0l如下：A=845.1mm2 ix=24.5mm长细比计算： ，查表得稳定系数 0.6071045.20milx 250il杆身稳定计算： 205N/m=f /9.351.480.67 N2 2223ANGE满足要求！3、立杆由图可知，立杆 HC 所受的压力值为最大，即 NHC-9.96 kN取该立杆为验算对象。立杆采用的是 483.5 钢管,长 1800mm，其0l截面特性如下：A=489mm2 ix=15.78mm长细比计算
20、： ，查表得稳定系数 0.5341478.50milx 250il杆身稳定计算： 205N/m=f /1.38490.53 N16 2223ANHC满足要求！八、提升座计算架体通过挂在提升座吊环上的电动葫芦链条的收缩来进行升降运动，当架体进行提升时，提升座支撑横梁受力最不利，必需验算其抗弯强度，提升座如下图所示：(一)、支撑横梁抗弯计算提升座支撑横梁采用的是 10#工字钢，Wx49cm 3,长 l=750mm，两端固结，现取其中一根横梁作为验算对象，计算简图如下：内力组合：N )(02kQkG式中： 0结构重要性系数， 0=0.9 G 、 Q恒载、活载分项系数， G=1.2, Q=1.4 2附
21、加荷载不均匀系数，在升降工况下取 2=2.0GK、Q K恒载标准值、施工荷载标准值所以有： N2.00.9(1.238.71.45.2)96.7 kNFN/296.7/248.35 kN通过计算可得弯矩图为：由上图知，最大弯矩值为：Mmax mkN6.4230抗弯强度按下式验算： fWMX即 223 /05/.861049.2 mNfN满足要求！(二)、吊环焊缝强度计算吊环共有 4 道焊缝，焊缝受到剪力的作用，焊缝高度为 5mm，按下式计算焊缝强度： = fl0.7hNfwvf即为： =f 23/7.985)2-(8045. 196. mN 2/160mNfwv所以吊环的焊缝强度满足要求！九、
22、附墙系统计算附墙系统的计算可分为附墙支座的强度计算和穿墙螺栓的计算。(一)、附墙支座：按照规范要求，计算附墙支座时，应按使用工况进行，选取其中承载荷载最大处的支座进行计算，其设计荷载值应乘以冲击系数 3=2.0。导向座示意图如下：附墙导向座架体在使用工况下，实际安装 4 个附墙导向座上，通过 2 根可调拉杆连成一体，使附墙导向座整体受力；考虑施工现场不确定因素，为了使计算偏于安全，按 3 个导向座同时受力考虑；此时附墙导向座同时受施工荷载和风荷载的作用，取其中一个导向座为验算对象，受力简图如下所示：1、F 使用 计算荷载组合：F 使用 /3)(3kQkG式中： G 、 Q恒载、活载分项系数，
23、G=1.2, Q=1.4 3冲击系数， 3=2.0GK、Q K恒载标准值、施工荷载标准值。所以 F 使用 2.0(1.238.71.431.1)/360 kN2、F 风 计算架体在使用工况下，选取受力最不利的一个附墙支座进行风荷载计算，根据实际受力分析可知，最上部的附墙支座所受风荷载最大，如下图所示：所以有：F 风 1.09 kN/ 26.9m6m45.1 kN通过计算可求得附墙导向座的轴力图、弯矩图、节点图：3、强度校核、导向座横梁强度验算导向座横梁采用的是双 10#槽钢背靠背焊接而成，对于 10#槽钢，A12.55 cm2，Wx39.7 cm3，由上图可知，导向座横梁同时受到弯矩Mmax6
24、000kNmm 和轴向拉力 N=95.8kN 的作用，为拉弯杆件，按下式验算其强度： xWMNAnf即: 2323/15.1096.78107.90AnmNfWMNx所以导向座横梁强度满足要求！、导向座斜支撑梁强度验算导向座斜支撑梁采用的是双 6.3#槽钢背靠背焊接而成，长度 l350mm。 6.3#槽钢截面特性：A8.451 cm2，Wx16.1 cm3，i x2.45cm，由上图可知，导向座斜支撑梁同时受到弯矩 Mmax4351.1kNmm 和轴向压力N67.2kN 的作用，为压弯杆件，按下式验算其强度： xWMNAnf即: 2323/154.1687.910.60.4.AnmNfWMNx
25、所以导向座斜支撑梁强度满足要求！(二)、穿墙螺栓验算附墙支座采用的是 2 根 M30 高强度螺栓，螺栓采用 28MnSiB 材质制成，抗拉设计强度为 f =945N/ 2 ，抗剪设计强度为 f =565N/ 2。由节点图可知bt bv穿墙螺栓受到拉力和剪力的共同作用，每根穿墙螺栓所受剪力Nv60/230kN，所受拉力 Nt129.1/264.6kN，M30 穿墙螺栓参数及承载力设计值如下：螺纹处有效面积： A =572.5mm 螺纹小径 d1=27mme受剪承载力设计值：N = n f =1 565N/mm =323 kNbv4d21bv4 273. 2受拉承载力设计值：N =Ae f =57
26、2.5mm 945 N 2=541 kNbtt穿墙螺栓同时承受拉力和剪力时的验算： 15.0416.320222 btbv穿墙螺栓满足要求！十、穿墙螺栓孔处混凝土抗压承载能力验算当混凝土强度达到 C10 时即可提升架体，架体提升时，穿墙螺栓孔处混凝土受到穿墙螺栓的挤压作用，该处的混凝土的受压承载能力应符合下式要求， bdfNctV35.1式中：N V一个螺栓所承受的剪力，取 30000 N b螺栓孔混凝土受荷计算系数，取 0.39 t混凝土局部承压强度提高系数，取 1.73fc上升时混凝土龄期试块轴心抗压强度设计值，对于 C10 砼，取 fc5 N/mm 2b混凝土外墙厚度，取 b200mmd
27、穿墙螺栓直径(有套管时为套管外径，预埋套管外径为 40mm)，所以取 d40mm所以：Nbf Vct 308.36402573.19035.35.1 所以穿墙螺栓孔处混凝土抗压承载能力满足要求！十一、防坠摆针计算(一)、摆针销轴强度计算防坠装置是为了防止在升降过程中，提升机具发生故障而引发脚手架坠落事故。即当提升机具发生故障失效时，升降过程中的恒载和施工荷载转而由防坠摆针来承担, 防坠摆针装置采用摆件和 30 圆钢销轴组装而成。各荷载标准值取值如下：恒载 G =38.7kNk施工荷载 Q =5.2kN内力组合按附着式升降脚手架设计和使用管理规定要求，内力组合设计值算式为：)(20KQGN式中：
28、 0结构重要性系数， 0=0.9 G 、 Q恒载、活载分项系数， G=1.2, Q=1.4附加荷载不均匀系数， =2.022G 、Q 恒载标准值、施工荷载标准值对防坠摆针产生的压力。kN0.92.0(1.238.7kN1.45.2kN)99.6kN强度计算对于 30 圆钢，截面面积 A706.5mm 2= = =136.7 N/mm f=205N/mmA706.51932满足要求！十二、卸荷座销轴抗剪计算架体处于使用工况下时，通过导轨和卸荷座，利用卸荷销卸荷到两个附墙导向座上，如下图所示。卸荷座有 30 的销轴抗剪，A=706.5mm 2，为了使计算偏于安全，按一个导向座卸荷考虑，销轴双面受剪
29、，所以每个销轴所受的剪力为 VP 使用/2，其中：P 使用 )(01kQkG1.30.9(1.238.71.431.1)105.3 kN VV/A105.31000/706.5274.5 N/mm 2 2/10mNfv所以销轴抗剪满足要求！十三、附墙导向座卸荷销轴计算架体在升降时，提升钢丝绳的一端卸荷到附墙导向座的销轴上，如下图所示。此时销轴双面受剪，必需验算其剪切应力。销轴采用的是 30 圆钢，其截面积为 A706.5mm 2，按下式验算其剪应力： VV/A其中 V )(02kQkG2.00.9(1.238.71.45.2)99.6 kN所以： V(99.610 3)/(2706.5)70.
30、5 N/mm 2 2/10mNfv附墙导向座卸荷销轴抗剪满足要求！十四、提升钢丝绳计算升降工况下荷载标准值为：QG KQ K38.75.243.9kN提升钢丝绳的设计破断力:F KQ643.9kN263.4 kNg式中: k安全系数,k6.0Q起重重量,Q43.9kN(升降工况下荷载标准值)选用 63719.5，公称抗拉强度=1961N/mm 2的钢丝绳,其破断力276.5kN F g263.4 kN ，满足！十五、计算参考文献建筑结构荷载规范(GB50009-2001)钢结构设计规范(GB50017-2003)冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002)钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)起重机设计规范（GB/T 3811-2008）编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定建筑施工安全检查标准（JGJ59-99）机械设计手册，闻邦春主编,机械工业出版社，2010建筑施工工具式脚手架安全技术规范(JGJ202-2010)
